■n次元の立方体と直角三角錐(その125)

 (その124)では2(2^n−1)胞体の頂点図形を取り上げた.今回は3^n−1胞体に移ってみるが,どちらも単純多面体なので,2^n+2n胞体よりも簡単になるかもしれない.

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【1】正軸体版の場合

[1]切頂・切稜点

 n次元正軸体の頂点の座標は

  (1,0,・・・,0)

  (0,1,・・・,0)

  ・・・・・・・・・・・

  (0,0,・・・,1)

で与えられるから,基本単体の座標はk次元面の重心をとることによって,

  p0(1,0,・・・,0)

  p1(1/2,1/2,0,・・・,0)

  p2(1/3,1/3,1/3,0,・・・,0)

  ・・・・・・・・・・・・・・・・

  pn-1(1/n,1/n,1/n,・・・,1/n)

  pn(0,0,・・・,0)

 3次元の場合,x≧y≧z≧0なる点P(x,y,z)が与えられたとき,ずべての稜線の長さが等しくなるのは,点P(x,y,z)からx=y平面,y=z平面,z=0平面までの距離を等しくとると

  (x−y)/√2=(y−z)/√2=z

 → y=z+√2z

   x=y+√2z=z+2√2z

これらは,x+y+z=1上の点であるから代入すると,

  3z+3√2z=1 → z=1/(3+3√2)

また,点P(x,y,z)のz=0平面に対する鏡映は(x,y,−z)であるから,辺の長さは2z.

 4次元の場合は,点P(x,y,z,w)からx=y平面,y=z平面,z=w平面,w=0平面までの距離を等しくとると

  (x−y)/√2=(y−z)/√2=(z−w)/√2=w

 → z=w+√2w

   y=z+√2w=w+2√2w

   x=y+√2w=w+3√2w

これらは,x+y+z=1上の点であるから代入すると,

  4w+6√2w=1 → w=1/(4+6√2)

また,点P(x,y,z,w)のw=0平面に対する鏡映は(x,y,z,−w)であるから,辺の長さは2w

 一般には,S=n(n−1)/2として

 → nω+S√2ω=1,ω=1/(n+S√2)

   x=(1+(n−1)√2)ω,y=(1+(n−2)√2)ω,z=(1+(n−3)√2)ω,・・・,ω=ω

となることが理解される.

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 aj=1として,切頂・切稜点Q(b1,b2,・・・,bn-1,bn)から,

  x1/a1−1=0平面

  x1/a1−x2/a2=0平面

  ・・・・・・・・・・・・・・・

  xn-2/an-2−xn-1/an-1=0平面

に下ろした垂線の足の座標を(X1,X2,・・・,Xn)とすると,

[1]x1/a1−1=0平面

  X1−b1=1/a1(1−b1/a1)/(1/a1^2),

  X2−b2=0,・・・,Xn−bn=0

[2]x1/a1−x2/a2=0平面

  X1−b1=1/a1(b1/a1−b2/a2)/(1/a1^2+1/a2^2)

  X2−b2=1/a2(b1/a1−b2/a2)/(1/a1^2+1/a2^2),・・・,Xn−bn=0

[3]xn-2/an-2−xn-1/an-1=0平面

  X1−b1=0,X2−b2=0

  Xn-2−bn-2=1/an-2(bn-2/an-2−bn-1/an-1)/(1/an-2^2+1/an-1^2)

  Xn-1−bn-1=1/an-1(bn-2/an-2−bn-1/an-1)/(1/an-2^2+1/an-1^2),Xn−bn=0

[4]xn/an−xn/an=0平面

  X1−b1=0,X2−b2=0,・・・,Xn-2−bn-2=0

  Xn-1−bn-1=1/an-1(bn-1/an-1−bn/an)/(1/an-1^2+1/an^2)

  Xn−bn=1/an(bn-1/an-1−bn/an)/(1/an-1^2+1/an^2)

[5]xn/an−x1/a1=0平面

  X2−b2=0,・・・,Xn-2−bn-2=0,Xn-1−bn-1=0,

  Xn−bn=1/an(bn/an−b1/a1)/(1/an^2+1/a1^2)

  X1−b1=1/a1(bn/an−b1/a1)/(1/an^2+1/a1^2)

 なお,ここで

  |x1/a1|/√(1/a1^2)=|x1/a1−x2/a2|/√(1/a1^2+1/a2^2)=|xn-2/an-2−xn-1/an-1|/√(1/an-2^2+1/an-1^2)

が成り立っている.また,Pn,Qを通り,それらを2等分する超平面は存在しないことを申し添えておく.

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 したがって,頂点図形は

[1](1/a1(1−b1/a1)/(1/a1^2),0,・・・,0)

[2](1/a1(b1/a1−b2/a2)/(1/a1^2+1/a2^2),1/a2(b1/a1−b2/a2)/(1/a1^2+1/a2^2),0,・・・,0)

[3](0,0,・・・,1/an-2(bn-2/an-2−bn-1/an-1)/(1/an-2^2+1/an-1^2),1/an-1(bn-2/an-2−bn-1/an-1)/(1/an-2^2+1/an-1^2),0),・・・

となる.

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